Generadores de vacío - Cómo funcionan

Los generadores de vacío se utilizan habitualmente para crear un entorno de baja presión para diversas aplicaciones industriales y científicas, por ejemplo, envasado al vacío, destilación, filtración y secado. En este artículo se explican los principios de funcionamiento de los generadores de vacío neumáticos y eléctricos, sus ventajas e inconvenientes y cómo elegir uno u otro.

Índice de contenidos

• Tipos de generadores de vacío
• Generador de vacío neumático
• Ventajas e inconvenientes de los generadores de vacío
• Aplicaciones del generador de vacío
• Bomba de vacío eléctrica
• Ventajas e inconvenientes de las bombas de vacío
• Aplicaciones de la bomba de vacío
• Criterios de selección
• Preguntas frecuentes

Tipos de generadores de vacío

Los generadores de vacío se clasifican en dos tipos: generadores de vacío neumáticos (también llamados generadores de vacío venturi) y bombas de vacío eléctricas (también llamadas generadores de vacío eléctricos).

Generador de vacío neumático

Un generador neumático de vacío es un dispositivo que funciona según los principios de la mecánica de fluidos, concretamente el principio de Bernoulli y el efecto Venturi. Utiliza aire comprimido para crear una zona de baja presión, lo que le permite crear un vacío para diversas aplicaciones, como la aspiración o la filtración.

Principio de funcionamiento del generador neumático de vacío

Un generador de vacío neumático tiene un orificio de entrada por el que entra aire comprimido. El aire pasa a través de un espacio estrecho llamado tobera. La velocidad del aire aumenta debido al estrechamiento de la sección transversal, según el principio de Bernoulli.

A continuación, el flujo de aire comprimido a alta velocidad pasa a través de un difusor, cuya sección transversal se ensancha gradualmente. La velocidad del aire disminuye, lo que provoca un aumento de su presión. Este aumento de presión conduce a una zona de baja presión adyacente a la tobera y al difusor (Figura 2 etiquetada B).

La zona de baja presión puede crear un vacío conectando una ventosa u otro dispositivo de succión a un puerto de entrada secundario que se conecta a la zona de baja presión (Figura 2 etiquetada A). La zona de baja presión hace que la presión atmosférica empuje el objeto hacia el dispositivo de succión, creando una fuerza de succión.

El funcionamiento de un generador neumático de vacío depende de:

• el caudal de aire comprimido
• el diámetro de la boquilla
• el ángulo del difusor
• la forma y el tamaño del orificio de entrada secundario

Un control cuidadoso de estos factores puede crear una zona de baja presión óptima para una amplia gama de aplicaciones.

Una sola etapa

Un generador de vacío de una etapa tiene el principio básico de funcionamiento comentado anteriormente.

Multietapa

Un generador de vacío multietapa tiene múltiples boquillas venturi (Figura 3 etiquetada A) dispuestas en fila. El aire comprimido entra a través de un puerto de conexión. A medida que este aire pasa a través de las múltiples toberas venturi, se forman zonas de baja presión que atraen el aire a través de la entrada (Figura 3 etiquetada B). La capacidad de aspiración de la entrada es la suma total de la fuerza de aspiración generada en la zona de baja presión de cada tobera venturi. Por lo tanto, un generador de vacío multietapa puede proporcionar una tasa de succión mucho mayor para la misma cantidad de aire comprimido que un generador de vacío de una sola etapa.

Generadores de vacío monoetapa frente a multietapa

Los siguientes factores ayudan a determinar si un generador de vacío de una o varias etapas es mejor para una aplicación determinada:

• Aplicaciones: Los generadores de vacío multietapa pueden levantar cargas más pesadas que los generadores de vacío monoetapa. El primero es más adecuado para ejemplos como la manipulación de materiales en proyectos de construcción. Este último es más adecuado para ejemplos como la elevación de componentes electrónicos o la manipulación de láminas finas de material.
• Nivel de vacío: Un generador de vacío de una etapa puede producir un nivel de flujo de aire comprimido a vacío de 1:1. Un generador de vacío multietapa puede producir una relación superior a 1:4.
• Consumo de energía Los generadores de vacío multietapa necesitan menos aire comprimido para crear mayores niveles de vacío.
• El coste: Los generadores de vacío multietapa suelen costar más que los de una sola etapa.
• Mantenimiento: Los generadores de vacío multietapa requieren más mantenimiento porque es más probable que se atasquen que los generadores de vacío de una sola etapa. Además, los generadores de vacío de una etapa tienen una construcción más sencilla y son más fáciles de reparar.

Compacto

Un generador de vacío compacto con válvula integrada y tecnología de supervisión del sistema. Estas integraciones permiten controlar la aspiración sin necesidad de utilizar una válvula externa que controle el caudal de aire comprimido. Los generadores de vacío compactos se utilizan sobre todo en sistemas de manipulación completamente automatizados.

Ventajas e inconvenientes de los generadores de vacío

Pros

• Los generadores de vacío son muy compactos y ligeros, lo que permite instalarlos cerca de la aplicación.
• Se genera un vacío muy rápido.
• No hay piezas móviles, lo que se traduce en un bajo desgaste y un mantenimiento prácticamente nulo.
• No se genera calor.
• Inversión inicial relativamente baja.

Contras

• Debe disponerse de aire comprimido en el lugar de trabajo.
• El aire comprimido es relativamente caro, lo que aumenta el coste total de los generadores neumáticos de vacío a largo plazo.

Aplicaciones del generador de vacío

Prácticamente cualquier industria que utilice robots de pick and place utilizará generadores de vacío en estos robots. Algunos ejemplos son las aplicaciones de alimentación en la industria del automóvil y las aplicaciones de final de línea, como el envasado de alimentos.

Bomba de vacío eléctrica

Las bombas de vacío eléctricas se utilizan cuando se requiere una gran capacidad de aspiración o cuando no se dispone de aire comprimido. Las bombas de vacío funcionan eliminando las moléculas de aire de la cámara de vacío. Consiste en un impulsor rotativo montado excéntricamente con álabes de carbono (Figura 5 etiquetada A). El impulsor es presionado contra la pared de la carcasa por la fuerza centrífuga, lo que proporciona una excelente estanqueidad. El tamaño de cada cámara (Figura 5 etiquetada B) cambia con la rotación del impulsor. A medida que la cámara aumenta de tamaño, el aire de su interior se expande. Esto hace que la presión caiga en la cámara creando un vacío parcial. Así, el aire es aspirado, comprimido y expulsado por la salida. El alto factor de compresión ayuda a la bomba de vacío a generar un alto vacío y a proporcionar una gran capacidad de aspiración.

Ventajas e inconvenientes de las bombas de vacío

Pros

• Las bombas de vacío pueden crear una fuerza de succión muy elevada.
• Una bomba de vacío puede utilizarse como ubicación central para generar un vacío para múltiples ubicaciones.
• Generalmente requieren poco mantenimiento.
• No se requiere un sistema de aire comprimido.

Contras

• Las bombas de vacío son más complejas y grandes que los generadores de vacío.
• Las bombas de vacío requieren una mayor inversión inicial.

Aplicaciones de la bomba de vacío

Las bombas de vacío son ideales para aplicaciones que requieren grandes fuerzas de aspiración o presiones muy bajas. Por ejemplo:

• Procesos industriales: Las bombas de vacío crean entornos de baja presión necesarios para reacciones u operaciones específicas.
• Investigación en laboratorio: Los experimentos de destilación, filtración y secado requieren entornos de baja presión.
• Industria gráfica: Las bombas de vacío mantienen el papel en su sitio durante el proceso de impresión.

Criterios de selección

Selección de un generador neumático de vacío

1. Velocidad de aspiración
   1. El caudal de aspiración suele indicarse en m3/h, l/min o cfm. Los valores se basan en condiciones estándar, es decir, temperatura ambiente (20 °C) y presión ambiente a nivel del mar (1013 mbar).
   2. El caudal máximo de aspiración se define como el caudal máximo que el generador de vacío evacua del ambiente.
   3. El caudal de aspiración necesario es el resultado del volumen interno de las ventosas y de las tuberías. Además, la manipulación de materiales porosos, como el cartón, requiere mayores índices de succión que los materiales herméticos. Para estas aplicaciones, es más importante una alta tasa de aspiración que un alto nivel de vacío.
2. Nivel de vacío
   1. El nivel de vacío suele indicarse en forma de porcentaje o valor relativo. El vacío se especifica en relación con la presión ambiental. Un nivel de vacío del 80% significa que la presión es un 80% inferior a la presión ambiente. Si la presión del aire ambiente es de 1013 mbar de presión absoluta (14,7 psi), un vacío del 80% significa una presión de vacío absoluta de 202 mbar.
3. Tiempo de evacuación
   1. Tiempo en segundos que se requiere para crear un nivel de vacío específico.
4. Consumo de aire
   1. Es el consumo de aire comprimido (en l/min o scfm) del generador para generar un nivel de vacío específico.

Generador de vacío frente a bomba de vacío

• Consumo de energía: Si no se dispone de suministro de aire comprimido pero sí de electricidad, utilice una bomba de vacío.
• Requisitos para la solicitud: Los generadores de vacío neumáticos son adecuados para aplicaciones que requieren bajos niveles de vacío, normalmente hasta 914 mbar. Los niveles de vacío más bajos pueden requerir una bomba de vacío.
• Caudal: Los generadores de vacío no pueden proporcionar un caudal tan elevado como las bombas de vacío.
• Mantenimiento: Los generadores de vacío neumáticos son más fáciles de mantener que las bombas de vacío.
• El coste: Los generadores neumáticos de vacío tienen menores costes iniciales que las bombas de vacío, pero mayores a largo plazo debido al precio del aire comprimido.
• Ruido: Los generadores de vacío son más silenciosos que las bombas de vacío.

Lea nuestro artículo sobre ventosas de vacío para obtener más información sobre el principio de funcionamiento y los tipos de ventosas de vacío.

Preguntas frecuentes

¿Los generadores de vacío necesitan aire comprimido sin lubricar?

Recomendamos aire sin lubricar. La razón es que las partículas de suciedad pueden depositarse en el generador de vacío y el silenciador cuando se utiliza la lubricación. Esto perjudica el rendimiento del dispositivo.

¿Qué hace un generador de vacío?

Los generadores de vacío crean el nivel de vacío necesario para las tareas de elevación.

¿Cómo funciona un aspirador de aire?

Una aspiradora de aire utiliza una boquilla Venturi para crear una zona de baja presión que permite que la presión atmosférica fuera de la aspiradora empuje el aire a través de un orificio de entrada, creando una fuerza de succión.

¿Cómo se hace el vacío con aire comprimido?

Puedes crear un vacío utilizando una boquilla venturi. Al pasar el aire, éste se acelera y se comprime. Después de pasar la constricción, el aire acelerado se expande y se crea un vacío.